浅谈金属氢化物储氢及常用的金属储氢材料

综述了具有安全性能高、储氢密度大和便于运输优点的金属氢化物储氢技术及其常用材料,主要包括综述镧系、钛系、镁系和锂系等不同金属储氢材料国内外应用现状;介绍了金属氢化物材料的储氢原理、容量和动力学行为,表明通过加入适当的催化剂以及通过引入具有改善的表面性质的缺陷的球磨,可以提高材料动力学性质和循环寿命。提出通过改善金属氢化物的热行为和循环行为,研发具有竞争性的高容量储氢材料。     

有机液体储氢材料的研究进展

氢气是一种清洁、高效的能量,被视为最具发展潜力的清洁能源,其存储和运输是影响氢能大规模应用的关键问题。常用的储氢方法有高压气态储氢、液化储氢、金属合金储氢和有机液体氢化物储氢等,本文综述了其中受到广泛关注的有机液体储氢材料,分析了多种有机液体储氢材料的储氢原理与特点,认为有机液体储氢容量大,可循环使用,更加高效安全。主要介绍了环己烷、甲基环己烷、十氢萘、咔唑和乙基咔唑等,重点对目前的国内外研究现状进行了阐述。根据分析结果,对其发展前景进行了展望,指出如果利用工业上能够大规模获取的化学原料,如萘系多环芳烃,开发高效低成本加氢脱氢催化剂,研究最适宜的加氢与脱氢条件,可大幅降低储氢成本,有利于氢能的大规模应用与发展。     

基于物理吸附的微孔储氢材料研究进展

介绍了氢能源的应用背景,总结了当前氢储存技术存在的问题,分析了微孔物理吸附材料,如金属有机骨架、沸石、碳基材料等,在储氢领域的应用现状以及研究进展,最后,对未来储氢材料的研究和发展进行了展望。     

储氢材料在高能固体火箭推进剂中的应用

系统介绍了金属氢化物、金属配位氢化物、金属氮氢化合物以及氨硼烷等储氢材料,在此基础上总结了储氢合金、轻金属氢化物和金属硼氢化合物在高能固体火箭推进剂领域的应用研究进展,指出上述储氢材料能够促进推进剂组分的分解,改善推进剂的燃烧性能并提高推进剂的能量性能;同时分析了各类储氢材料在高能固体推进剂中的应用前景和制约因素,提出金属氢化物和金属配位氢化物是可能应用于高能固体火箭推进剂的储氢材料;同时,需重点关注储氢材料对氧气和水的高敏感性以及与推进剂的相容性差等可能的制约因素。附参考文献37篇。     

储氢材料在高能固体火箭推进剂中的应用分析

针对高能固体火箭推进剂使用储氢材料进行了分析,从金属氢化物、金属氮氢化合物以及金属配位氢化物这几方面着手,对储氢材料分解推进剂组分、改善燃烧性能等作用作了分析,然后对其在推进剂中的实际应用及发展前景作了阐述。     

多孔吸附储氢材料研究进展

综述了氢存储研究的重要性和国内外多孔吸附储氢材料的研究工作,对碳基多孔材料、纳米管材料、多孔矿物材料和金属有机物多孔材料在锗氢中的研究热点和存在问题进行了详细介绍,并对未来多孔吸附储氢材料的研究工作进行了展望。     

具有裸露金属中心的多孔金属-有机骨架储氢材料

作为绿色能源,氢能受到了广泛关注,而先进的储氢方法则是实现氢能规模应用的关键之一。介绍了多孔金属-有机骨架（MOFs）储氢材料的研究现状、存在的问题、引入裸露金属中心的方法、裸露金属中心元素类型及配位环境对储氢性能的影响。     

新型有机液体储氢技术现状与展望

综述了常用的储氢方法:加压气态储氢、低温液化储氢、碳质材料储氢、金属合金储氢、络合氢化物储氢、玻璃微球储氢、有机液体储氢等,总结其相应的储氢原理并进行了优缺点分析。重点对新型有机液体储氢材料乙基咔唑的储放氢性能进行了阐述,并根据目前国内外的研究现状提出了问题,针对问题提出了一些设想,期望通过改进获得更高的吸放氢量、吸放氢速率以及合适的温度。     

物理吸附储氢材料的研究进展

本文对物理吸附材料主要包括碳基储氢材料及其衍生物、沸石(分子筛)、金属有机物骨架、共价有机物骨架等进行了综述,这类材料具有高比表面积、低温储氢性能好等特点;但常温或高温储氢性能差的特点也制约了物理吸附的发展.本文最后对新型储氢材料研究进行了展望,重点在于高可逆性、高容量、高效催化加氢、常温常压下储存与运输、温和条件下可控催化脱氢等性能的研究.     

有机液体载体储氢催化剂的研究

介绍了6种常用的储氢方法:加压压缩储氢技术、液化储氢技术、储氢合金储氢、碳质材料储氢、金属有机骨架储氢、有机液态氢化物可逆储放氢技术等,并对诸项技术的优点以及存在的问题进行了评述。重点介绍了有机液态氢化物可逆储放氢技术的原理和特点,综述了国内外研究现状并提出了使用廉价的液体储氢原料和提高催化剂活性、稳定性的新思路。     

镁基储氢材料在含能材料中的应用

根据化学结构不同将镁基储氢材料分为镁基储氢合金氢化物、氢化镁和镁基配位氢化物3类,分别介绍了3类镁基储氢材料在含能材料中应用的研究进展;分析了镁基储氢材料在含能材料中的应用前景和存在的问题;介绍了计算机模拟技术在研究镁基储氢材料对推进剂热分解影响中的应用情况。结果显示,镁基储氢材料能够通过促进含能材料的热分解过程提升其能量水平,同时其较高的热稳定性有利于改善含能材料组分的相容性和安定性。镁基储氢合金氢化物、氢化镁和镁基配位氢化物均可显著提高固体推进剂和炸药的应用性能。因此,镁基储氢材料在含能材料领域具有广阔的应用前景。附参考文献47篇。     

新型贮氢材料的研究进展

氢能作为资源丰富、绿色环保的清洁能源而被广泛研究,氢的贮存和运输是氢能应用的关键。金属络合氢化物、碳纳米管、沸石具有较高的贮氢容量,成为贮氢材料研究的热点。综述了金属络合氢化物、碳纳米管、沸石等新型贮氢材料的研究进展,讨论了各种贮氢材料的特点与性能,对其实用性和应用前景进行了分析。     

Hydrogen adsorption and storage on porous materials

The development of safe and efficient methods of hydrogen storage is a prerequisite for the use of hydrogen with fuel cells for transport applications. In this paper, results available for adsorption of hydrogen on porous materials, ranging from activated carbons to metal organic framework materials, are discussed. The results indicate that up to 5 and 7.5 wt% of hydrogen can be stored on porous carbon and metal organic framework materials, respectively, at 77 K. The amounts of hydrogen adsorbed on porous materials at ambient temperatures and high pressures are much lower (0.5 wt%). The strong temperature dependence of hydrogen physisorption on porous materials is a limitation in the application of this method for hydrogen storage in addition to storage capacity requirements.     

Recent Development in Nanoconfined Hydrides for Energy Storage

Hydrogen is the ultimate vector for a carbon-free, sustainable green-energy. While being the most promising candidate to serve this purpose, hydrogen inherits a series of characteristics making it particularly difficult to handle, store, transport and use in a safe manner. The researchers’ attention has thus shifted to storing hydrogen in its more manageable forms: the light metal hydrides and related derivatives (ammonia-borane, tetrahydridoborates/borohydrides, tetrahydridoaluminates/alanates or reactive hydride composites). Even then, the thermodynamic and kinetic behavior faces either too high energy barriers or sluggish kinetics (or both), and an efficient tool to overcome these issues is through nanoconfinement. Nanoconfined energy storage materials are the current state-of-the-art approach regarding hydrogen storage field, and the current review aims to summarize the most recent progress in this intriguing field. The latest reviews concerning H₂ production and storage are discussed, and the shift from bulk to nanomaterials is described in the context of physical and chemical aspects of nanoconfinement effects in the obtained nanocomposites. The types of hosts used for hydrogen materials are divided in classes of substances, the mean of hydride inclusion in said hosts and the classes of hydrogen storage materials are presented with their most recent trends and future prospects.     

Design and optimization of hydrogen storage units using advanced solid materials: General mathematical framework and recent developments

This review presents the general mathematical framework of modeling, design and optimization of hydrogen storage using advanced solid materials. The emphasis is given on metal hydride storage tanks, since these systems have been well studied in the literature, both theoretically and experimentally, and are expected to offer significant advantages when current research and development efforts succeed in commercializing the required technology. Enhanced cooling during hydrogen filling of the storage tank is found to be essential to improve hydrogen storage time requirements. For this reason several innovative design strategies for heat exchanger configurations are presented and evaluated in terms of process design and performance improvement. Finally, control and optimization of certain operating conditions can also have a significant impact in hydrogen storage operation.     

Solid‐state Materials and Methods for Hydrogen Storage: A Critical Review

Hydrogen is important as a new source of energy for automotive applications. It is clear that the key challenge in developing this technology is hydrogen storage. Current methods for hydrogen storage have yet to meet all the demands for on‐board applications. High‐pressure gas storage or liquefaction cannot fulfill the storage criteria required for on‐board storage. Solid‐state materials have shown potential advantages for hydrogen storage in comparison to other storage methods. In this article, the most popular solid‐state storage materials and methods including carbon based materials, metal hydrides, metal organic frameworks, hollow glass microspheres, capillary arrays, clathrate hydrates, metal nitrides and imides, doped polymer and zeolites, are critically reviewed. The survey shows that most of the materials available with high storage capacity have disadvantages associated with slow kinetics and those materials with fast kinetics have issues with low storage capacity. Most of the chemisorption‐based materials are very expensive and in some cases, the hydrogen absorption/desorption phenomena is irreversible. Furthermore, a very high temperature is required to release the adsorbed hydrogen. On the other hand, the main drawback in the case of physisorption‐based materials and methods is their lower capacity for hydrogen storage, especially under mild operating conditions. To accomplish the requisite goals, extensive research studies are still required to optimize the critical parameters of such systems, including the safety (to be improved), security (to be available for all), cost (to be lowered), storage capacity (to be increased), and the sorption‐desorption kinetics (to be improved).     

新型储氢材料研究进展

氢能作为一种环保可再生的新型能源,生产技术逐渐走向成熟,成本大幅度下降,将迎来快速发展的机遇期。氢能被广泛利用的关键在于是否能够实现高效储存。本文重点讨论了四类新型储氢材料,即金属络合氢化物储氢材料、碳纳米管储氢材料、沸石以及新型沸石类材料、有机液态储氢材料。文章指出：金属络合氢化物储氢材料储存压力低但循环稳定性差;碳纳米管储氢材料已经有很长的发展历史,安全性高且易脱氢,然而目前对其储氢机理认识不够成熟;沸石以及新型沸石类材料价格低廉,但是对反应条件的要求高;有机液态储氢材料被认为是大规模储存和运输的可行选择,然而昂贵的成本和苛刻的反应条件限制了其发展。文章指出后续需要改进并开发具有较高存储容量和具有经济价值的储氢材料。     

水合物储氢的研究进展

氢作为一种清洁能源,越来越受到人们的重视,氢能利用技术的需求日益迫切。氢能的利用关键挑战在于氢气的储运,促进剂作用下氢气水合物可使氢气在相对温和的温压条件下安全、长期地储存,为储氢提供了一种选择。水合物储氢因其安全环保的特性具有巨大的工业化应用潜力,其目前工业化应用的两个关键问题即为储氢密度与储氢速率。本文首先回顾了氢气水合物的研究历程,阐述了几种常见氢气水合物的相平衡数据,然后归纳了不同晶型氢气水合物的储氢密度,最后总结了物理方法强化与化学方法强化对水合物储氢速率的影响,通过对近年来水合物储氢评估与总结,提出了当前水合物储氢存在的问题与未来研究方向,以期为水合物储气的工业化应用和氢气水合物的研究提供参考。     

氨硼烷分解制氢及其再生的研究进展

氨硼烷具有储氢密度高（152.9g/L）、放氢条件温和、无毒以及常温下为稳定的固体而易于储运等特点而成为最有前景的储氢材料之一。本文综述了近年来氨硼烷在不同催化剂作用下,通过热解、醇解和水解这3种方式制氢以及分解后的副产物循环再生氨硼烷的研究进展。分析讨论了氨硼烷的热解制氢研究主要集中在降低温度和抑制气态副产物的生成这两方面,而水解或醇解制氢的研究热点是二元或三元非贵金属纳米核壳或负载型催化剂。与氨硼烷的热解相比,水解或醇解由于条件温和、制氢速度快而更具实用性。指出氨硼烷作为储氢材料最大的挑战是其再生问题,氨硼烷分解脱氢后的副产物不能直接氢化而再生氨硼烷,需要通过一系列反应来进行间接的离线再生,因此氨硼烷的再生将是今后的重点研究方向。     

硼氢化钠水解制氢技术研究进展

随着石化能源的日益枯竭,氢能成为解决当前能源危机的一种新能源。制氢的方式多种多样,由于金属氢化物在储氢容量上具有其他材料无法比拟的优势,因此,金属氢化物制氢技术得到了迅速发展。硼氢化钠就是一种典型的金属氢化物,硼氢化钠水解制氢技术作为一种安全、方便的新型制氢技术,已成为当前燃料电池氢源研究中的热点之一。介绍了硼氢化钠制氢原理;综述了硼氢化钠水解制氢技术的优点、影响产氢速率的因素;对硼氢化钠制氢技术的装置进行了举例说明;指出了目前此技术所存在的问题;概述了此技术的应用与发展前景。